Двигатели постоянного тока (дпт)

Плюсы и минусы ДПТ по сравнению с АД:

+ Просто регулируется скорость n

+ Можно получить n >> 3000 об/мин

+ обратимость – можно использовать как двигатель и как генератор

– сложная конструкция, высокая стоимость

– низкая надежность (необходимы скользящие контакты для подвода тока к вращающемуся якорю).

Устройство и принцип действия дпт.

Корпус (станина) из ферромагнетика имеет два (или 2N) основных полюса, на которых расположены обмотки возбуждения ОВ. Постоянный ток возбуждения I_В, протекая по ОВ, создает между полюсами постоянное магнитное поле МП.

Якорь – подвижная часть ДПТ, имеет обмотки, концы которых подключены к коллектору, набранному из изолированных медных сегментов. К якорю через щетки и коллектор от внешнего источника питания U_Я подводится постоянный ток I_Я.

Принцип действия ДПТ.

Постоянный ток возбуждения I_В, протекая по обмоткам возбуждения ОВ, создает постоянный магнитный поток Ф. К якорю, через щетки и коллектор, подводится постоянный ток якоря I_Я. Сила взаимодействия тока якоря I_Я и МП Ф (сила Ампера) создает момент вращения.

Основные уравнения дпт.

М_ВР ~ F_А ~ I_Я Ф => М_ВР =C_М I_Я Ф (4.9)

При вращении якоря в МП в нем индуктируется ЭДС индукции Е_Я

Е_Я ~ dФ/dt ~ Ф и n => Е_Я = C_Е Ф n (4.10)

Эта ЭДС направлена навстречу напряжению питания якоря U_Я (правило Ленца) =>

уравнение цепи якоря (4.11)

Пуск дпт

При пуске ДПТ якорь неподвижен => n = 0 => Е_Я = C_ЕФn = 0 =>

I_{Я ПУСК} = (U_Я – E_Я) / r_Я = U_Я / r_Я >> I_{Я НОМ} (в 10 – 20 раз)

Для уменьшения I_Я при пуске в цепь якоря вводят пусковой реостат r_П

после разгона двигателя этот реостат полностью закорачивают (реостат рассчитан только на кратковременный пусковой режим).

(Пуск 1 – r_П = max),

(Работа 2 – r_П = 0)

Регулирование скорости дпт

Из (4.10) Е_Я = C_Е Ф n

Из (4.11) Е_Я = U_Я – I_Я r_Я

=> (4.12)

Изменять скорость n можно:

1. Изменяя напряжение питания U_Я

2. Изменяя ток якоря I_Я (последовательно с якорем включают реостат)

3. Изменяя ток возбуждения I_В => МП Ф – последовательно с ОВ включают регулировочный реостат r_Р. Изменяя сопротивление r_p, можно менять I_В => Ф => n (см. 4.12). Этот метод используется чаще всего, т.к. I_В << I_Я – проще регулировать, особенно для мощных ДПТ.

Дпт с параллельным возбуждением

Якорь и ОВ подключены к источнику питания параллельно => I_В и Ф не зависят от I_Я, т.е. от нагрузки ДПТ.

Ф – const; М_ВР = С_М Ф I_Я = к I_Я – линейно зависит от тока якоря

=> I_Я = к’ М_ВР = к’ М_СОПР (в установившемся режиме М_ВР = М_СОПР)

Подставляя I_Я в (4.12), получим

n = n₀ – ∆n (М_СОПР) (4.13)

т.е. механическая характеристика линейная и жесткая.

Использование – если нужен высокоскоростной или хорошо регулируемый двигатель (ультрацентрифуги).

Дпт с последовательным возбуждением

Якорь и ОВ подключены к источнику питания последовательно => I_В и МП Ф зависят от I_Я, т.е. от нагрузки ДПТ.

I_В ~ I_Я => Ф ~ I_Я => М_ВР = С_М Ф I_Я = к’ I_Я² – квадратичная зависимость от тока якоря => I_Я = к’ = к’ (в установившемся режиме М_ВР = М_СОПР)

Подставляя I_Я в (4.12), получим

n = (4.14)

т.е. механическая характеристика нелинейная и мягкая.

При М_С  0, n   => нельзя включать без нагрузки – двигатель идет вразнос (М_{С МИН} = 0.25 М _НОМ).

Использование – если нужен регулируемый двигатель с большим пусковым моментом (транспорт).